废水化学处理方法：化学混凝法、中和法等的详细介绍

废水化学处理方法：化学混凝法、中和法等的详细介绍

水的化学处理

废水化学处理是利用化学反应的原理和方法，将废水中的污染物分离、回收，或改变其性质、使其无害化的处理方法。化学处理的对象主要是废水中可溶解的无机物和难以生物降解的有机物或胶体。

本章主要介绍化学处理方法中常用的化学混凝法、中和法、化学沉淀法、氧化还原法和电化学法。

1.混凝土

1.化学混凝法

化学混凝简称混凝，可用于废水处理的预处理、中级处理和深度处理各个阶段，除能去除浊度、色度外，还对高分子化合物、动植物纤维物质、部分有机物、油性物质、微生物、某些表面活性剂、农药、汞、镉、铅等重金属残渣等有一定的抑菌作用，因此在废水处理中应用十分广泛。

混凝法的优点是设备成本低、处理效果好、操作管理简单，缺点是需要不断向废水中加热，导致运行费用较高。

1. 凝血基本原理

废水中的微小悬浮物和胶体颗粒很难用沉淀的方法去除，它们能在水中较长时间保持分散悬浮状态，不会自然沉降，并具有一定的稳定性。混凝就是在水中加入混凝剂，破坏这些微小颗粒的稳定性，首先使它们相互接触、聚集在一起，然后形成絮凝体并下沉分离。前者称为混凝，后者称为絮凝，通常把这两个过程统称为混凝。具体来说，混凝是指胶体失去稳定性，聚集成微小絮状物的过程，而絮凝则是通过吸附、夹带、架桥等作用，形成较大的微絮凝体聚集体的过程。

影响凝血效果的因素

（1）废水的pH值水的pH值能影响颗粒表面电荷和絮体的沉淀过程，是一个非常重要的参数。经验表明，对某一类型的废水，每种混凝剂都有一个适宜的pH值范围，在此范围内废水混合混凝后残余浊度最小。因此，pH值对混凝的影响因混凝剂种类不同而异。例如，采用硫酸铝作混凝剂，当pH在5.7~7.8范围内时，形成Al(OH)2+、Al(OH)+、Al(OH)3等带正电荷的离子和胶体，有很好的混凝效果。若pH值>8.2，Al(OH)3胶体会溶解，产生负离子Al(OH)3++OH-＝AlO2-+2H2O，对含有负电荷胶体的废水不起混凝作用，影响处理效果。采用三价铁盐时，pH值在6.0～8.4之间，处理效果较好。

（2）水温水温对混凝效果有显著影响。无机盐混凝剂的水解为吸热反应，水温过低不利于水解，特别是硫酸铝的水解，当水温低于5℃时，水解速度极慢。同时，水温过低、粘度过大，不利于失稳胶体颗粒的相互絮凝，影响处理效果。此时可投加高分子量混凝剂来提高处理效果，或用气浮代替沉淀作为后续处理工艺。

（3）废水中杂质的成分、性质及浓度。例如，天然水体中主要含有黏土类杂质，因此需要的混凝剂用量较少。但当废水中含有大量有机物时，需要更多的混凝剂才能达到混凝效果。废水中杂质的影响比较复杂。实际应用中，应根据实验结果选择混凝剂并确定投加量。

（4）搅拌搅拌对混合、反应、混凝阶段都有影响，所以搅拌一定要适度。一般在混凝剂混合阶段，需要快速剧烈的搅拌，使混凝剂迅速均匀地扩散到全部水体中，创造良好的水解、聚合条件，使胶体脱稳，借助颗粒的布朗运动和湍流水流而进行混凝。此阶段不要求形成大的絮凝体。在混凝反应阶段，要求形成大的、沉淀性质好的絮凝体，此时过度的搅拌会把凝结的絮状沉淀打散，不利于混凝沉淀。所以，随着絮凝体变大，此阶段的搅拌强度和水流量应相应减小。

2. 混凝剂

（1）混凝剂的分类

混凝剂可分为无机混凝剂、有机混凝剂和高分子混凝剂三类。在我国，多采用铝盐、铁盐作为无机混凝剂。有机混凝剂和高分子混凝剂近年来也有了很大的发展，其效果远远优于无机混凝剂。特别是高分子混凝剂由于具有以下优点而日益受到重视。

①生成的絮凝体较大，易于沉降分离；

②生成的絮体强度大，不易破坏；

ƒ产生污泥量少，且污泥具有良好的沉降、脱水性能；

„用量小（为无机混凝剂的1/30～1/200）；

…不易受到 pH 值、温度或其他盐分的影响；

†与无机混凝剂一起使用可取得更佳效果。

（2）混凝剂的选择及使用条件

混凝剂的选择和投加量应根据废水的具体性质来确定，总的原则是所用的混凝剂要廉价、易得、用量小、效率高，生成的混凝剂容易沉降分离。使用无机混凝剂时要注意其适用的pH范围，一般在加入无机盐混凝剂后再加入pH调节剂。对于高分子混凝剂，为充分发挥其在水中的化学架桥作用，应选择能均匀分散溶解在水中并具有吸附活性基因的高分子化合物和水溶性高分子化合物（非离子型、阳离子型和阴离子型）。为使其在水中呈较大的分散状态，一般先溶解于纯水或软水中，形成一定浓度的溶液，然后投加到所要处理的废水中。因为这些高分子化合物往往受水质的影响（如含有钙、铁盐及氧化剂的废水）。分子的扩散和离子基团的解离受到抑制，处理效果降低。

铝盐、铁盐和聚丙烯酰胺是几种常用的混凝剂。

3. 混凝剂

有时当单独使用混凝剂不能取得良好效果时，可加入一些称为混凝剂的辅助药剂，以调整和改善混凝条件，提高处理效果。混凝剂主要起以下作用：①通过加入酸性或碱性物质，调节pH值；②加入活化硅胶、骨胶、PAM等，改善絮体结构。利用高分子混凝剂的吸附、架桥作用，增强絮体的密度和沉降性能。ƒ 加入氯、臭氧等氧化剂。当使用FeSO4时，可将Fe2+氧化为Fe3+，当废水中有机物过高时，也可进行氧化分解，破坏其干扰或使胶体不稳定，提高混凝效果。

常用的助凝剂有聚丙烯酰胺、活性硅胶、胶水、海藻酸钠、氯气、氧化钙等。

2. 氧化还原

利用化学药剂与废水中的污染物发生氧化还原反应，将废水中有毒有害污染物转化为无毒或低毒物质的方法称为氧化还原法。

在氧化还原反应中，参加化学反应的原子或离子得到或失去电子，导致价数升高或降低。失去电子的过程称为氧化，获得电子的过程称为还原。

根据有毒有害物质在氧化还原反应中被氧化还是被还原的不同，废水中的氧化还原方法可分为化学氧化法和化学还原法两大类。废水处理中常用的氧化剂有：空气中的氧气、纯氧、臭氧、氯气、漂白粉、亚硝酸钠、三氯化铁等。常用的还原剂有：硫酸亚铁、氯化亚铁、铁屑、锌粉、二氧化硫等。

药品氧化方法中常用的方法有臭氧氧化法、氯气氧化法、高锰酸钾氧化法等。

臭氧的氧化性在自然界元素中仅次于氟，能分解一般氧化剂难以破坏的有机物，且不造成二次污染，因此被广泛应用于消毒、除臭、脱色、去除酚、氰化物、铁、锰等。臭氧氧化处理系统中的主要设备是臭氧接触反应器。

氯氧化法中的氯基氧化剂有氯气、氯氧酸及其钠盐、钙盐和二氧化氯等。氯氧化法除用于杀菌消毒外，还可用于氧化废水中的某些有机物和还原性物质，如氰化物、硫化物、酚、醇、醛、油等，以及用于废水的脱色、除臭等。例如氧化氰化物。用氯气在pH值大于8.5的碱性条件下进行氧化，可将氰化物氧化成无毒物质。其化学反应式如下：

高锰酸钾氧化法主要用于去除废水中的苯酚、二氧化硫、H2S等。在饮用水处理中，此法主要用于杀藻、除臭、除味、除铁、除锰等。此法的优点是处理后的水无臭味，氧化剂投加方便。主要缺点是处理成本较高。

化学还原法主要用于处理含铬、汞废水。

通过还原可以将六价铬转化为三价铬，大大降低铬的毒性。还原工艺是在酸性条件下向含铬废水中加入亚硫酸氢钠，使六价铬还原为三价铬。然后加入石灰或氢氧化钠，生成氢氧化铬沉淀。沉淀物与废水分离，达到处理的目的。其化学反应如下：

实际应用中，常采用金属还原剂处理含汞废水，废水中的汞离子被还原为金属汞而析出，而金属本身则被氧化为离子进入水中。可用于还原汞的金属有铁粉、锌粉、铜粉、铝粉等。以铁粉为例，发生如下化学反应：

3. 化学中和

1.废水中和

中和就是使废水发生酸碱中和反应，调节废水的pH值，使之呈中性或接近中性或适合下一步的处理。例如在生物处理中，处理系统中废水的pH值需要维持在6.5~8.5之间，才能保证最佳的生物活性。

酸碱废水的来源很广，化工厂、化纤厂等以及制酸或用酸工序，均排出大量的酸性废水。有的含有硫酸、盐酸等无机酸；有的含有醋酸等有机酸；有的含有数种酸。酸的腐蚀性强，碱的危害性较小。但在排入水体或进入其他处理设施前，必须根据需要对酸碱废液进行回收，然后对低浓度酸碱废水进行适当的中和处理。通常废水中除酸或碱外，往往还含有悬浮物、金属盐、有机物等杂质，影响酸碱废水的回收处理。

2. 治疗方法及设备

常用的废水中和方法有均衡法和直接pH控制法。

（1）均衡法的目的是将酸性废水与碱性废水进行混合中和，即将酸性废水与碱性废水在均衡池中混合。由于工业废水的量和质量一般是不均衡的，且常随生产的变化而变化，为了调节水量和均衡水质，减少高峰流量和高浓度废水的影响，需要设置足够容积的均衡池作为预处理设施或中和设备。如果废水经中和后达不到规定的pH值，则需要加入少许废酸或废碱进行适当调节。

（2）直接控制pH值的常用方法有酸碱废水相互中和法、加药中和法、过滤中和法等。

酸性废水的中和：对于酸性废水，常用化学法和过滤法进行中和。

加药中和法所用药剂有石灰、废碱、石灰石和电石渣等，但最常用的方法是将石灰制成乳状液湿投，将石灰石粉碎成细颗粒后干投。处理工艺包括废水调节池、石灰乳制备池或石灰石破碎机、加药装置、混合反应池、沉淀池和污泥干化床。在混合反应池中，应进行必要的搅拌，防止石灰渣的沉淀。同时，废水在其中的停留时间一般不超过5分钟。废水在沉淀池中可停留1～2小时，产生的沉淀物的体积约占废水体积的10～15％。沉淀物的含水率为90～95％，因此应在干化床上进行脱水干燥。加药中和法由于作业条件差、处理成本高、污泥多、脱水麻烦，仅在酸性废水中含有重金属盐、有机物或廉价中和剂时才采用。

过滤中和法常采用粒状石灰石、大理石、白云石或电石渣等作为中和滤料，酸性废水经滤料中和过滤。中和硫酸废水时，最好采用白云石滤料。主要设备有：普通中和滤料，有上流式和下流式两种，滤层厚度1.0～1.5m，滤料粒径3～8cm；恒速上流膨胀中和滤料，石灰石滤料和废水分别从池顶和池底进入，滤料粒径为0.5～3mm；高滤速（60～70m/h）或高速变速上流膨胀中和滤料，滤料粒径为0.5～6mm，可防止大颗粒结垢和小颗粒流失。另外废水的上升流动和二氧化碳气体的产生使滤料膨胀，并相互碰撞，摩擦面不断更新，对酸性废水的处理有良好的效果；转鼓中和器，将石灰石滤料置于旋转的转鼓中，对酸性废水进行中和。

碱性废水的中和：碱性废水常用废酸或酸性废水或用烟气来中和。

酸中和法是利用废强酸或酸性废水进行中和处理，所用设备及中和步骤与酸性废水中和法相同。

烟气中和法是利用烟气中的二氧化碳和二氧化硫溶解于水中形成的酸来中和碱性废水。方法是将烟气通入碱性废水中，或将碱性废水作为喷淋水用于除尘，均可达到良好的处理效果。但处理后废水中悬浮物含量大大增加，硫化物、耗氧量、色度也随之增加，需对废水进行补充处理。